环境科普贴 | 通过智能手机查看的PM2.5是如何得到的？

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看文章前我们先来看几张魔都纯净的蓝天

晚霞

绿地和蓝天

还有一道彩虹

是不是天还挺蓝？云还挺美的？

这时候你会不会想掏出手机

看一下手机上的……

（给个眼神自己体会）

日常生活中，很多人都会有出门前拿出手机查看天气预报的习惯，不过随着人们健康意识的不断增强，很多人常常会多往下拨拉一下，来查看当天的空气污染状况，特别是在远眺看不清远处的目标的时候（即能见度不高）。

相信公布的污染指标中大家通常会更关注PM2.5。因为多数情况下首要污染物都不会旁落他家。既然大家如此关心PM2.5，那么您知道这些数据来自哪里吗？

首先，手机程序会根据手机定位系统得到您当前的位置信息，然后利用网络爬虫技术，提取您所在区域环保部门建立的公开环境数据公示网站，如上海市空气质量实时发布系统（发布国控点监测数据）、闵行区空气质量实时发布系统（发布本区县各监测点的监测数据）等，而这些数据则来自距离您最近的环境监测站。

那环境监测站又是如何测定PM2.5的呢？

一

重量法

使用我们之前介绍过的PM2.5采样器，可以将PM2.5截留到滤膜上，然后用天平称重，这就是重量法。重量法是最直接、最可靠的方法，是验证其它方法是否准确的标杆。然而重量法采样时间长（一般24小时），需人工称重，程序繁琐费时，自动化程度低，不能实现实时自动监测。

重量法虽然最可靠也最准确，但是已经不能满足人们实时了解和记录空气质量状况的需求，即使以时间分辨率为小时来提供数据，也无法实现。这就需要更加智能、快捷、准确的测定方法。

High-Precision-Balance

二

β射线吸收法

借助PM2.5切割头截留掉＞2.5μm粒径的颗粒物后，可将PM2.5收集到滤纸上，然后照射一束β射线。

Beta-Ray-Attenuation-Air-Particulate-Concentration

β射线吸收法

从下图可以看出，β射线的穿透强度与纸张的厚度成很强的线性关系。

beita 纸张实验

射线穿过载有颗粒物的滤膜与穿透纸张相似，其衰减程度与滤膜上颗粒物的重量成正比，从而计算出颗粒物的重量，再根据标况下流速即可计算出PM2.5。

三

微量振荡天平法

在质量传感器内使用一个振荡空心锥形管，在其振荡端安装可更换的滤膜，其自然振荡频率取决于锥形管特征和其质量。当PM2.5样气（需要PM2.5切割头）通过滤膜，其中的颗粒物沉积在滤膜上，滤膜的质量变化导致振荡频率的变化，通过振荡频率变化可计算出沉积在滤膜上的颗粒物质量。

 teom-analyser

简单的来说，就是通过一个非常灵敏的微型天平可“高频率”地对收集到的颗粒物进行称重，再根据标况下流速即可计算出PM2.5。

三

光散射法

相信很多人都有过这样一种生活体验，我们经常会在投影仪、车灯等发出的强光束中看到许许多多颗粒物“发射”出的不同强度亮光，而当这些强光不在时，这些颗粒物也就“消失”了似的。

光照下的细颗粒物

光散射法就是将气溶胶颗粒以非常集中的方式（一个一个）进入测量池，在一个较小的感应区域被激光光束均匀地照射，光线在颗粒物的作用下发生散射、透射和吸收，与光照射方向成一定角度的光度计只捕获某一方向上的散射光。

采样周期内，每一个粒子的散射光脉冲均会被采集和计数，散射光的强度对应着一个粒径值，采样周期结束后即可得到不同粒径下粒子数个数，再除以标况下流速，即可得到类似于下图的粒子数浓度粒径谱图。

粒子数浓度粒径谱图描述的是不同粒径通道下粒子数浓度的变化趋势。

知道了粒子数浓度又如何得到PM2.5等质量浓度数据呢？

我们可以将每个颗粒物假设为球体，根据测量到的颗粒物光学直径，可计算得到球体的体积，然后乘以颗粒物的密度系数和粒子数浓度，即可得到质量浓度。密度系数可在特定环境下，如城市环境下进行准确校准，从而得到准确的质量浓度。

下图为质量浓度粒径谱图。

质量浓度粒径谱图描述的是不同粒径通道下质量浓度的变化趋势。

只需要将光学直径≤2.5μm的所有颗粒物质量浓度相加，即可得到PM2.5。

总结

微量振荡天平法与重量法的原理最为接近，β射线吸收法次之，两种方法都需要PM2.5切割头联用，而切割头需要定期清洁维护。光散射方法得到PM2.5的原理较曲折，但无需切割头，且其通常可以提供更大的信息量（粒径分布结果和PM10等结果），且时间分辨率更高。

数据准确性——大量实际使用经验表明，不同原理的仪器数据之间并没有非常高的结果一致性，且存在超过10%的误差，然而不同仪器间的数据相关性非常高。造成这种状况的原因在于不同厂家的仪器进行校准时，所使用的参比仪器不具有完全一致的基准。

以上就是今天的内容，下面给大家出个小问题：我们出门前能通过观察室外空气的浓见度来大概确定PM10、PM2.5浓度吗？欢迎大家在评论区讨论，有答案哦~

作者简介

张海迎

上海奕枫仪器设备有限公司

技术主管

研究生毕业，一直从事环境仪器设备技术工作，对应用与大气环境与水环境的诸多采样及实时分析仪器均有一定了解。

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